1電工基礎課件周紹敏

1、第一章第一章電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律第一章電路的基本概念和基本定律第一章電路的基本概念和基本定律 教學難點：教學難點：1了解電路的三種工作狀態(tài)特點。了解電路的三種工作狀態(tài)特點。2理解理想元件與電路模型、線性電阻與非線性電阻的理解理想元件與電路模型、線性電阻與非線性電阻的概念。概念。教學重點：教學重點：1. 了解電路的基本組成、電路的三種工作狀態(tài)和額定電壓、了解電路的基本組成、電路的三種工作狀態(tài)和額定電壓、電流、功率等概念。電流、功率等概念。2掌握電流、電壓、電功率、電能等基本概念。掌握電流、電壓、電功率、電能等基本概念。3掌握電阻定律、歐姆定律、焦耳定律，了解電阻與溫掌

2、握電阻定律、歐姆定律、焦耳定律，了解電阻與溫度的關系。度的關系。序號序號內容內容 學時學時 1 緒論緒論 0.5 2 第一節(jié)第一節(jié) 電路電路1 3 第二節(jié)第二節(jié) 電流和電壓電流和電壓 4 第三節(jié)第三節(jié) 電阻電阻1 5 第四節(jié)第四節(jié) 部分電路歐姆定律部分電路歐姆定律 6 第五節(jié)第五節(jié) 電能和電功率電能和電功率1.5 7 本章小結本章小結 8 本章總學時本章總學時4學時分配：學時分配：第一章電路的基本概念和基本定律第一章電路的基本概念和基本定律第一節(jié)電路第一節(jié)電路第二節(jié)電流和電壓第二節(jié)電流和電壓第三節(jié)電阻第三節(jié)電阻第四節(jié)部分電路歐姆定律第四節(jié)部分電路歐姆定律第五節(jié)電能和電功率第五節(jié)電能和電功率本章

3、小結本章小結第一節(jié)電路第一節(jié)電路 一、電路的基本組成一、電路的基本組成二、電路模型二、電路模型( (電路圖電路圖) )一、電路的基本組成一、電路的基本組成動畫動畫 M1-1電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)1什么是電路什么是電路電路是由各種元器件電路是由各種元器件( (或電工設備或電工設備) )按一定方式連接起來按一定方式連接起來的總體，為電流的流通提供了路徑。的總體，為電流的流通提供了路徑。2電路的基本組成電路的基本組成 電路的基本組成包括以下四個部分：電路的基本組成包括以下四個部分：( (1) )電源電源( (供能元件供能元件) )：為電路提供電能的設備和器件為電路提供電能的設備和器件( (如電池、發(fā)電

4、機等如電池、發(fā)電機等) )。 圖圖1-1簡單的直流電路簡單的直流電路 ( (2) )負載負載( (耗能元件耗能元件):):使用使用( (消耗消耗) )電能的設備和電能的設備和器件器件( (如燈泡等用電器如燈泡等用電器) )。 控制電路工作狀態(tài)的器件或設備控制電路工作狀態(tài)的器件或設備( (如如開關等開關等) )。將電器設備和元器件按一定方式連接將電器設備和元器件按一定方式連接起來起來( (如各種銅、鋁電纜線等如各種銅、鋁電纜線等) )。( (3) )控制器件：控制器件：(4)(4)連接導線：連接導線：3電路的狀態(tài)電路的狀態(tài) ( (1) )通路通路( (閉路閉路) )：電源與負載接通，電路中有電流

5、通過，：電源與負載接通，電路中有電流通過，電氣設備或元器件獲得一定的電壓和電功率，進行能量轉換。電氣設備或元器件獲得一定的電壓和電功率，進行能量轉換。 ( (2) )開路開路( (斷路斷路) )：電路斷開，中沒有電流通過，有稱為空：電路斷開，中沒有電流通過，有稱為空載狀態(tài)。載狀態(tài)。( (3) )短路短路( (捷路捷路) )：電源兩端或電路中某些部分被導線直相：電源兩端或電路中某些部分被導線直相連接，輸出電流過大對電源來說屬于嚴重過載，如沒有保護措連接，輸出電流過大對電源來說屬于嚴重過載，如沒有保護措施，電源或電器會被燒毀或發(fā)生火災，所以通常要在電路或電施，電源或電器會被燒毀或發(fā)生火災，所以通常

6、要在電路或電氣設備中安裝熔斷器、保險絲等保險裝置，以避免發(fā)生短路時氣設備中安裝熔斷器、保險絲等保險裝置，以避免發(fā)生短路時出現(xiàn)不良后果。出現(xiàn)不良后果。二、電路模型二、電路模型( (電路圖電路圖) ) 圖圖1-2手電筒的電路原圖手電筒的電路原圖由由理想元件理想元件構成的電路叫做實際電路的構成的電路叫做實際電路的電路模型電路模型，也叫做實，也叫做實際電路的際電路的電路原理圖電路原理圖，簡稱為，簡稱為電路圖電路圖。例如手電筒的電路如圖。例如手電筒的電路如圖 1-2 所示。所示。 理想元件理想元件 電路是由電特性相當復雜的器件組成的，為了便于使用數(shù)電路是由電特性相當復雜的器件組成的，為了便于使用數(shù)學方法

7、對電路進行分析，可將電路實體中的各種電器設備和元學方法對電路進行分析，可將電路實體中的各種電器設備和元器件用一些能夠表征它們主要電磁特性的理想元件器件用一些能夠表征它們主要電磁特性的理想元件( (模型模型) )來代來代替，而對它的實際上的結構、材料、形狀等非電磁特性不予考替，而對它的實際上的結構、材料、形狀等非電磁特性不予考慮。慮。表表 1-3常用理想元件及符號常用理想元件及符號第二節(jié)電流和電壓第二節(jié)電流和電壓 一、電流的基本概念一、電流的基本概念二、直流電流二、直流電流三、交流電流三、交流電流四、電壓四、電壓一、電流的基本概念一、電流的基本概念 電路中電荷沿著導體的定向運動即形成電路中電荷沿

8、著導體的定向運動即形成電流電流，其方向規(guī)定，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向為正電荷流動的方向( (或負電荷流動的反方向或負電荷流動的反方向) )，其大小等于在，其大小等于在單位時間內通過導體橫截面的電量，稱為單位時間內通過導體橫截面的電量，稱為電流強度電流強度( (簡稱簡稱電流電流) )，用符號用符號 I 或或 i( (t) )表示，討論一般電流時可用符號表示，討論一般電流時可用符號 i 。設在設在 t = t2t1 時間內，通過導體橫截面的電荷量為時間內，通過導體橫截面的電荷量為 q = q2q1，則在，則在 t 時間內的電流強度可用數(shù)學公式表示為時間內的電流強度可用數(shù)學公式表示為tqti )

9、(式中，式中， t 為很小的時間間隔，時間的國際單位制為為很小的時間間隔，時間的國際單位制為 秒秒( (s) )，電量，電量 q 的國際單位制為庫侖的國際單位制為庫侖 ( (C) )。電流。電流 i( (t) ) 的國際單的國際單位制為安培位制為安培 ( (A) ) 。常用的電流單位還有毫安常用的電流單位還有毫安 （mA）、微安（、微安（ A）、千安、千安 （kA） 等，它們與安培的換算關系為等，它們與安培的換算關系為1 mA = 10-3A； 1 A = 10-6 A； 1 kA = 103 A二、直流電流二、直流電流 常常數(shù)數(shù) tQtqI 如果電流的大小及方向都不隨時間變化，即在單位時間內

10、如果電流的大小及方向都不隨時間變化，即在單位時間內通過導體橫截面的電量相等，則稱之為通過導體橫截面的電量相等，則稱之為穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流或或恒定電流恒定電流，簡稱為簡稱為直流直流 ( (Direct Current) )，記為，記為 DC 或或 dc ，直流電流要用，直流電流要用大寫字母大寫字母 I 表示。表示。直流電流直流電流 I 與時間與時間 t 的關系在的關系在 It 坐標系中為一條與時間坐標系中為一條與時間軸平行的直線。軸平行的直線。三、交流電流三、交流電流 如果電流的大小及方向均隨時間變化，則稱為如果電流的大小及方向均隨時間變化，則稱為變動電流變動電流。對電路分析來說，一種最為重要的變

11、動電流是對電路分析來說，一種最為重要的變動電流是正弦交流電流正弦交流電流，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化，將之簡稱為其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化，將之簡稱為交流交流( (Alternating current) )，記為，記為 AC 或或 ac ，交流電流的瞬時值，交流電流的瞬時值要用小寫字母要用小寫字母 I 或或 i( (t) ) 表示。表示。四、電壓四、電壓 1電壓的基本概念電壓的基本概念電壓電壓是指電路中兩點是指電路中兩點 A、B 之間的之間的電位差電位差( (簡稱為電壓簡稱為電壓) )，其，其大小等于單位正電荷受電場力作用從大小等于單位正電荷受電場力作用從 A

12、 點移動到點移動到 B 點所作的功，點所作的功，電壓的方向規(guī)定為電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位從高電位指向低電位的方向。的方向。 電壓的國際單位制為伏特電壓的國際單位制為伏特( (V) )，常用的單位還有毫伏，常用的單位還有毫伏( (mV) )、微伏微伏( ( V) )、千伏、千伏( (kV) )等，它們與等，它們與 V 的換算關系為的換算關系為1 mV = 103 V；1 V =106 V；1 kV = 103 V。2直流電壓與交流電壓直流電壓與交流電壓如果電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為如果電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為穩(wěn)恒電穩(wěn)恒電壓壓或或恒定電壓恒定電壓，簡稱為，簡

13、稱為直流電壓直流電壓，用大寫字母，用大寫字母 U 表示。表示。如果電壓的大小及方向隨時間變化，則稱為如果電壓的大小及方向隨時間變化，則稱為變動電壓變動電壓。對。對電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓正弦交流電壓( (簡稱簡稱交流電壓交流電壓) )，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化。，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化。交流電壓的瞬時值要用小寫字母交流電壓的瞬時值要用小寫字母 u 或或 u( ( i ) ) 表示。表示。 第三節(jié)電阻第三節(jié)電阻一、電阻元件一、電阻元件 二、電阻與溫度的關系二、電阻與溫度的關系一、電阻元件一、電阻

14、元件電阻元件電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，例如燈泡、是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件，例如燈泡、電熱爐等電器。電熱爐等電器。電阻定律電阻定律SlR 制成電阻的材料電阻率，國際單位制為歐姆制成電阻的材料電阻率，國際單位制為歐姆米米 ( ( m) ) ； l 繞制成電阻的導線長度，國際單位制為米繞制成電阻的導線長度，國際單位制為米 ( (m) ) ；S 繞制成電阻的導線橫截面積，國際單位制為平方米繞制成電阻的導線橫截面積，國際單位制為平方米 ( (m2) ) ；R 電阻值，國際單位制為歐姆電阻值，國際單位制為歐姆 ( ( ) ) 。經常用的電阻單位還有千歐經常用的電阻單位還有千歐 ( (k

15、 ) 、兆歐、兆歐 ( (M ) )1 k = 103 ；1 M = 106 二、電阻與溫度的關系二、電阻與溫度的關系 電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關，衡量電阻受溫度影電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是響大小的物理量是溫度系數(shù)溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高，其定義為溫度每升高 1 C 時電阻值時電阻值發(fā)生變化的百分數(shù)。發(fā)生變化的百分數(shù)。如果設任一電阻元件在溫度如果設任一電阻元件在溫度 t1 時的電阻值為時的電阻值為 R1，當溫度升高，當溫度升高到到 t2 時電阻值為時電阻值為 R2 ，則該電阻在，則該電阻在 t1 t2 溫度范圍內的溫度范圍內的( (平均平均

16、) )溫度溫度系數(shù)為系數(shù)為)tt (RRR12112 如果如果 R2 R1 ，則，則 0，將，將 R 稱為稱為正溫度系數(shù)電阻正溫度系數(shù)電阻，即電阻，即電阻值隨著溫度的升高而增大值隨著溫度的升高而增大；如果；如果 R2 R1，則，則 0，將，將 R 稱為稱為負負溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)電阻，即電阻值隨著溫度的升高而減小。即電阻值隨著溫度的升高而減小。顯然顯然 的絕對的絕對值越大，表明電阻受溫度的影響也越大。值越大，表明電阻受溫度的影響也越大。R2 = R1 1 (t2t1) 第四節(jié)部分電路歐姆定律第四節(jié)部分電路歐姆定律一、歐姆定律一、歐姆定律二、線性電阻與非線性電阻二、線性電阻與非線性電阻一、歐姆定

17、律一、歐姆定律 電阻元件的伏安關系服從歐姆定律，即電阻元件的伏安關系服從歐姆定律，即U = RI 或或 I = U / R = GU其中其中 G = 1/R，電阻，電阻 R 的倒數(shù)的倒數(shù) G 叫做叫做電導電導，其國際單位制為，其國際單位制為西門子西門子 ( (S) ) 。 二、線性電阻與非線性電阻二、線性電阻與非線性電阻電阻值電阻值 R 與通過它的電流與通過它的電流 I 和兩端電壓和兩端電壓 U 無關無關 ( (即即R = 常數(shù)常數(shù) ) ) 的電阻元件叫做的電阻元件叫做線性電阻線性電阻，其伏安特性曲線在，其伏安特性曲線在 IU 平面坐標系中為一條通過原點的直線。平面坐標系中為一條通過原點的直線

18、。電阻值電阻值 R 與通過它的電流與通過它的電流 I 和兩端電壓和兩端電壓 U 有關有關 ( (即即R 常數(shù)常數(shù)) ) 的電阻元件叫做的電阻元件叫做非線性電阻非線性電阻，其，其伏安特性曲線在伏安特性曲線在 IU 平面坐標系平面坐標系中為一條通過原點的曲線。中為一條通過原點的曲線。通常所說的通常所說的“電阻電阻” ，如，如不作特殊說明，均指線性電阻。不作特殊說明，均指線性電阻。圖圖1-41-4線性電阻的伏安特性曲線線性電阻的伏安特性曲線第五節(jié)電能和電功率第五節(jié)電能和電功率一、電功率一、電功率二、電能二、電能三、電氣設備的額定值三、電氣設備的額定值四、焦耳定律四、焦耳定律一、電功率一、電功率 電功

19、率電功率( (簡稱簡稱功率功率) )所表示的物理意義是電路元件或設備在所表示的物理意義是電路元件或設備在單位時間內單位時間內吸收或發(fā)出吸收或發(fā)出的電能。兩端電壓為的電能。兩端電壓為 U、通過電流為、通過電流為 I 的的任意二端元件任意二端元件( (可推廣到一般二端網絡可推廣到一般二端網絡) )的功率大小為的功率大小為P = UI 功率的國際單位制單位為瓦特功率的國際單位制單位為瓦特( (W) )，常用的單位還有毫瓦，常用的單位還有毫瓦( (mW) )、千瓦、千瓦( (kW) )，它們與，它們與 W 的換算關系是的換算關系是1 mW = 10 3 W； 1 kW = 103 W 吸收或發(fā)出吸收或

20、發(fā)出：一個電路最終的目的是電源將一定的一個電路最終的目的是電源將一定的電功率電功率傳送給負載，負載將電能轉換成工作所需要的一定形式的能量。傳送給負載，負載將電能轉換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發(fā)出功率的器件即電路中存在發(fā)出功率的器件( (供能元件供能元件) )和吸收功率的器件和吸收功率的器件( (耗耗能元件能元件) )。習慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元習慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫成負數(shù)，而儲能元件件發(fā)出的功率寫成負數(shù)，而儲能元件( (如理想電容、電感元件如理想電容、電感元件) )既不吸收功率也不發(fā)出功率，即其功率既不吸收功率也

21、不發(fā)出功率，即其功率 P = 0。通常所說的功率通常所說的功率 P 又叫做又叫做有功功率有功功率或或平均功率平均功率。二、電能二、電能 電能電能是指在一定的時間內電路元件或設備吸收或發(fā)出的是指在一定的時間內電路元件或設備吸收或發(fā)出的電能量，用符號電能量，用符號W表示，其國際單位制為焦耳表示，其國際單位制為焦耳( (J) )，電能的計，電能的計算公式為算公式為W = P t = U I t通常電能用通常電能用千瓦小時千瓦小時( (kW h) )來表示大小，也叫做來表示大小，也叫做度度( (電電) )：1 度度( (電電) ) = 1 kW h = 3.6 106 J即功率為即功率為 1 000

22、W 的供能或耗能元件，在的供能或耗能元件，在 1 小時的時間內所小時的時間內所發(fā)出或消耗的電能量為發(fā)出或消耗的電能量為 1 度。度?！纠纠?-1】有一功率為】有一功率為 60 W 的電燈，每天使用它照明的時的電燈，每天使用它照明的時間為間為 4 小時，如果平均每月按小時，如果平均每月按 30 天計算，那么每月消耗的電能天計算，那么每月消耗的電能為多少度？合為多少為多少度？合為多少 J ? 解：該電燈平均每月工作時間解：該電燈平均每月工作時間 t = 4 30 = 120 h，則則W = P t = 60 120 = 7200 W h = 7.2 kW h即每月消耗的電能為即每月消耗的電能為

23、7.2 度，約合為度，約合為3.6 106 7.2 2.6 107 J三、電氣設備的額定值三、電氣設備的額定值為了保證電氣設備和電路元件能夠長期安全地正常工作，都為了保證電氣設備和電路元件能夠長期安全地正常工作，都規(guī)定了額定電壓、額定電流、額定功率等銘牌數(shù)據(jù)。規(guī)定了額定電壓、額定電流、額定功率等銘牌數(shù)據(jù)。額定電壓額定電壓電氣設備或元器件所允許施加的最大電壓。電氣設備或元器件所允許施加的最大電壓。額定電流額定電流電氣設備或元器件允許通過的最大電流。電氣設備或元器件允許通過的最大電流。額定功率額定功率在額定電壓和額定電流下消耗的功率，即允在額定電壓和額定電流下消耗的功率，即允許消耗的最大功率。許消

24、耗的最大功率。額定工作狀態(tài)額定工作狀態(tài)電氣設備或元器件在額定功率下的工作狀電氣設備或元器件在額定功率下的工作狀態(tài)，也稱態(tài)，也稱滿載滿載狀態(tài)。狀態(tài)。輕載狀態(tài)輕載狀態(tài)電氣設備或元器件在低于額定功率的工作狀態(tài)，電氣設備或元器件在低于額定功率的工作狀態(tài)，輕載時電氣設備不能得到充分利用或根本無法正常工作。輕載時電氣設備不能得到充分利用或根本無法正常工作。過載過載( (超載超載) )狀態(tài)狀態(tài)電氣設備或元器件在高于額定功率的工電氣設備或元器件在高于額定功率的工作狀態(tài)，過載時電氣設備很容易被燒壞或造成嚴重事故。作狀態(tài)，過載時電氣設備很容易被燒壞或造成嚴重事故。輕載和過載都是不正常的工作狀態(tài)，一般是不允許出現(xiàn)的

25、。輕載和過載都是不正常的工作狀態(tài)，一般是不允許出現(xiàn)的。 四、焦耳定律四、焦耳定律 電流通過導體時產生的熱量電流通過導體時產生的熱量( (焦耳熱焦耳熱) )為為 Q = I2 R tI 通過導體的直流電流或交流電流的有效值，單位為通過導體的直流電流或交流電流的有效值，單位為 A。R 導體的電阻值，單位為導體的電阻值，單位為 。T 通過導體電流持續(xù)的時間，單位為通過導體電流持續(xù)的時間，單位為 s。Q 焦耳熱單位為焦耳熱單位為 J。 本章小結本章小結本章介紹了電路的基本概念，內容包括：本章介紹了電路的基本概念，內容包括：一、電路一、電路二、電流二、電流三、電壓三、電壓四、電功率與電能四、電功率與電能

26、五、電阻五、電阻一、電路一、電路電路是由各種元器件電路是由各種元器件( (或電工設備或電工設備) )按一定方式連接起來的總按一定方式連接起來的總體體, ,為電流的流通提供了為電流的流通提供了路徑。電路的基本組成電源、負載、控路徑。電路的基本組成電源、負載、控制器件和聯(lián)結導線等四個部分。電路有通路、開路、短路等三種制器件和聯(lián)結導線等四個部分。電路有通路、開路、短路等三種狀態(tài)。狀態(tài)。由理想元件構成的電路叫做實際電路的電路模型，也叫做實由理想元件構成的電路叫做實際電路的電路模型，也叫做實際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。二、電流二、電流在電場力作用下，電路中電荷沿著導體的定向運動即形成在電場力作用下，電路中電荷沿著導體的定向運動即形成電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向電流，其方向規(guī)定為正電荷流動的方向( (或負電荷流動的反方或負電荷流動的反方向向) )，其大小等于在單位時間內通過導體橫截面的電量，稱為電，其大小等于在單位時間內通過導體橫截面的電量，稱為電流強度流強度( (簡稱電流簡稱電流) )。電流的大小及方向都不隨時間變化，則稱為直流電流。電電流的大小及方向都不隨時間變化，則稱為直流電流。電流的大小及方向均隨時間做周期性變化，則稱為交流電流。流的大小及方向均隨時間做周期性變化，則稱為交流電流。三、電壓三、電壓 電壓